稀土La吸附CeO2(111)表面及掺杂体相的第一性原理研究

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氧化铈(CeO2)抛光粉因具有切削能力强、抛光效率高、抛光精度高、抛光质量好、操作环境清洁、污染小、使用寿命长等优点,在抛光粉中的应用占有及其重要和不可替代的地位。研究发现CeO2本身就存在其它一些金属氧化物,改变金属氧化物中的掺杂元素能够得到更好的性能。由于纯净的CeO2造价成本太高,而La这种元素是本身就存在于CeO2中并且目前针对于La掺杂CeO2的实验很少。为了研究La吸附和掺杂在氧化铈的表面与体相之后对CeO2体系带来的影响。本文采用VASP软件包来计算,来对二氧化铈(111)表面的吸附进行研究以及对纯二氧化铈、稀土元素La掺杂后二氧化铈的力学性能和电子结构进行了计算和分析,其主要研究内容和结果如下:  (1)建立CeO2(111)面的模型,在氧化铈(111)表面五个不同位置尝试吸附La原子,对计算得到的吸附能进行对比大小,确定出吸附之后最稳定的位置。比较吸附前后粒子距离表面位置的变化。发现La原子最易吸附在次表面O顶位。  (2)建立CeO2晶体的结构模型,并对其进行优化,并计算了电荷态密度、力学常数、和电荷密度。并且将计算得到的结果同他人计算结果与实验值进行对比发现计算结果答题相同,说明了计算的结果是正确的。在考虑CeO2的计算中引用HubbardU参数,这是因为DFT+U的方法更能准确的计算出CeO2的性质;  (3)对体系掺杂稀土元素La,将La元素掺杂之后会有三种不同掺杂位置,分别是La置换Ce、La置换O和La掺杂进入间隙位,通过比较结合能和总能最终确定La置换Ce的位置,体系最为稳定。并计算了掺杂La前后CeO2的力学性能和电子结构,发现掺杂La浓度在不超过25%时,能够增强CeO2体系的各项同性,同时增加CeO2的韧性,有利于进行表面抛光。
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